DE102018222020A1

DE102018222020A1 - Druckplattenanordnung, Kupplungsanordnung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018222020A1
Application number: DE102018222020.4A
Authority: DE
Inventors: György Müller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckplattenanordnung (58) für eine Kraftfahrzeugkupplung (3) mit einer Anpressplatte (60) und einer Tellerfeder (24), wobei die Betätigungskraftkennlinie (16, 22) mit zunehmendem Betätigungsweg ein Maximum (18) und ein Minimum (20) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Maximum zu Minimum kleiner als zwei ist.Daneben betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung.Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckplattenanordnung für eine Kraftfahrzeugkupplung mit einer Anpressplatte und einer Tellerfeder, wobei die Betätigungskraftkennlinie mit zunehmendem Betätigungsweg ein Maximum und ein Minimum.
Bei manuellen Schaltgetrieben mit Normally-Closed-Kupplungen sind die Kupplungen dabei so ausgelegt, dass die Differenz zwischen Maximum und Minimum einen Wert von mehreren hundert N besitzt, was ein Verhältnis über 2 und größer ergibt.
Bislang ist es üblich, Druckplattenbaugruppen bzw. Druckplattenanordnungen für manuelle Schaltgetriebe auch bei automatisieren Schaltgetrieben zu verwenden. Dies liegt letzten Endes darin begründet, dass die Druckplattenanordnungen für manuelle Schaltgetriebe bereits vorhanden sind und die Kupplungsaktuatoren und Getriebeaktuatoren zur Herstellung eines automatisieren Schaltgetriebes lediglich ergänzt werden.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckplattenbaugruppe, eine Kupplungsanordnung und Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem die Komponenten kostengünstiger herstellbar sind.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis von Maximum zu Minimum kleiner als 2 ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein kleineres Verhältnis lediglich für die Erzeugung einer gewünschten Pedalkraftkennlinie und damit eines Pedalgefühls benötigt wird, in automatisierten Schaltgetrieben etwas Derartiges aber nicht mehr notwendig ist. Stattdessen kann durch eine Verringerung des Verhältnisses eine konstantere Ausrückkraft über den Ausrückweg erhalten werden und insbesondere auch der Wert des Maximums abgesenkt werden. Der Maximalwert kann also niedriger als vorher ausfallen. Dies hat auch zur Folge, dass mit zunehmendem Verschleiß die weitere Vergrößerung des Verhältnisses weniger stark ausfällt als im Neuzustand vorliegenden großem Verhältnis von Maximum zu Minimum.
Als Maximum wird dabei der betragsmäßig größte Wert bezeichnet. Dieser ist das globale Extremum der Betätigungskraftkennlinie. Als Minimum wird der Extremwert bezeichnet, der kleiner als das Maximum ist und lediglich ein lokales Extremum darstellt. Diese etwas abstrakte Bezeichnung wird gewählt, da bei einem Vertauschen der Bewegungsrichtung sich die Vorzeichen der Kräfte ändern und das Maximum zu einem Minimum würde. Es bleibt aber das globale Extremum.
Dabei wird selbstverständlich davon ausgegangen, dass die Tellerfeder die Anpressplatte in axialer Richtung verschiebt.
Vorzugsweise kann das Verhältnis kleiner als 1,8 sein. Er kann auch kleiner als Sqrt(3) sein. Dabei bezeichnet Sqrt bekanntermaßen das Wurzelzeichen. In Zahlen ausgedrückt kann das Verhältnis kleiner als 1,73... sein. Weiterhin kann das Verhältnis kleiner als Sqrt(2) sein. Bevorzugt kann das Verhältnis kleiner als 1,25 sein. Weiterhin kann das Verhältnis kleiner als 1,1 sein.
Es ist also gewünscht, dass das Verhältnis von Maximum zu Minimum kleiner als bei bekannten Kupplungssystemen ausfällt, es kann dabei sehr kleine Werte oberhalb von 1 annehmen und im Extremfall auch 1 sein.
Die Differenz zwischen Maximum und Minimum ist vorteilhafterweise kleiner als 400 N. Bei bekannten Druckplattenanordnungen beträgt der Wert 600 N bis 800 N. Weiterhin kann die Differenz kleiner als 200 N sein. Bevorzugt kann die Differenz kleiner als 100 N sein.
Vorzugsweise kann die Betätigungskraftkennlinie eine Ausrückkraftkennlinie und der Betätigungsweg ein Ausrückweg ein. Mit anderen Worten ist die Druckplattenanordnung also eine Druckplattenanordnung für eine Normally-Closed-Kupplung.
Vorteilhafterweise kann die Druckplattenanordnung ein Gehäuse aufweisen. Insbesondere kann sich die Tellerfeder am Gehäuse abstützen. Das Gehäuse kann vorzugsweise an einer Schwungmassenanordnung befestigt sein. Die Schwungmassenanordnung kann als Schwungmasse oder auch als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Weiterhin kann die Druckplattenanordnung Tangentialblattfedern zur Befestigung der Anpressplatte am Gehäuse aufweisen. Dadurch ist die Anpressplatte verdrehsicher aber axial verschiebbar am Gehäuse befestigt. Weiterhin kann die Druckplattenanordnung Distanzbolzen und/oder einen Sicherungsring aufweisen. Mit diesen kann insbesondere die Tellerfeder am Gehäuse befestigt sein.
Die Tellerfeder kann insbesondere als Membranfeder ausgebildet sein. Die Membranfeder kann nach radial innen weisende Zungen aufweisen.
Daneben betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Druckplattenanordnung und einem Kupplungsaktuator zum Betätigen der Kupplungsanordnung. Die Kupplungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckplattenanordnung wie beschrieben ausgebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass Kupplungsaktuatoren nicht nur bei automatisierten Schaltgetrieben sondern auch bei Doppelkupplungsgetrieben verwendet werden können. Solange wenigstens eine Kupplungsanordnung der Doppelkupplung eine beschriebene Druckplattenanordnung aufweist kann dort die Erfindung ebenfalls realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann der Kupplungsaktuator einen Elektromotor aufweisen. Durch die Verringerung des Verhältnisses kann das Drehmoment, das durch den Elektromotor bereitgestellt werden muss, gesenkt werden. Dies führt dazu, dass einerseits kostengünstigere Elektromotoren verwendet werden können und andererseits auch noch die Lebensdauer zunimmt.
Vorteilhafterweise kann der Kupplungsaktuator eine Kompensationsfederanordnung aufweisen. Die Kompensationsfederanordnung ist bekanntermaßen dazu vorhanden, um einen Teil der Kraft der Tellerfeder der Druckplattenanordnung zu kompensieren. Auch die Kompensationsfederanordnung kann dementsprechend schwächer ausfallen und wird dadurch kostengünstiger.
Bevorzugt kann der Kupplungsaktuator eine Betätigungskraftkennlinie aufweisen, wobei die Betätigungskraftkennlinie mit zunehmendem Betätigungsweg ein Maximum und ein Minimum besitzt, wobei das Verhältnis von Maximum zu Minimum kleiner als 2 ist. Vorzugsweise kann das Verhältnis kleiner als 1,8, weiterhin kleiner als Sqrt(3) oder kleiner als Sqrt(2) sein. Der Kupplungsaktuator wirkt in entgegengesetzter Richtung zur Tellerfeder, daher sind die Wirkgrößen mit einem negativen Vorzeichen versehen. Aufgrund der oben vorgenommenen Definition von Maximum und Minimum bleibt die Kernaussage unverändert.
Vorteilhafterweise kann der Kupplungsaktuator ein mechanisches Aktuatorgetriebe aufweisen. Dementsprechend wird das Drehmoment des Elektromotors rein mechanisch bis hin zur Tellerfeder übersetzt.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Druckplattenanordnung und/oder einer Kupplungsanordnung. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckplattenanordnung und/oder Kupplungsanordnung wie beschrieben ausgebildet sind.
Wie bereits beschrieben kann das Kraftfahrzeug ein automatisiertes Schaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe oder andere Getriebe mit Kupplungen aufweisen, die eine Tellerfeder umfassen und mittels eines Kupplungsaktuators zu betätigen sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug,
2 eine Ausrückkraftkennlinie (Stand der Technik),
3 eine Ausrückkraftkennlinie,
4 eine Tellerfeder im Querschnitt in einer ersten Ansicht,
5 eine Tellerfeder im Querschnitt in einer zweiten Ansicht,
6 einen Kupplungsaktuator,
7 eine Ausrückkraftkennlinie eines Kupplungsaktuators, und
8 eine Kupplungsanordnung.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Antriebseinheit 2, einer Kupplung 3 und einem Getriebe 4. Die Kupplung wird mittels eines Kupplungsaktuators 5 betätigt und das Getriebe mittels eines Getriebeaktuators 6. Dementsprechend weist das Kraftfahrzeug 1 ein automatisiertes Schaltgetriebe auf.
Die Antriebseinheit ist dabei bevorzugt als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet.
Statt eines automatisierten Schaltgetriebes kann das Getriebe auch als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein. Dann ist die Kupplungsanordnung 3 als Doppelkupplung ausgebildet. Dabei können eine oder beide Kupplungen die beschriebene Druckplattenanordnung aufweisen.
Vorteilhafterweise umfasst das Kraftfahrzeug ein clutch-by-wire-System. Dann kann ein Kupplungspedal vorhanden sein, das aber nur Sensorsignale erzeugt und weder mechanisch noch hydraulisch mit der Kupplungsanordnung 3 verbunden ist.
2 zeigt eine Ausrückkraftkennlinie. Gegen die Achse 7 ist dabei der Ausrückweg und gegen die Achse 8 die Ausrückkraft aufgetragen. Die Ausrückkennlinie 9 besitzt ein Maximum 10 und ein Minimum 12. Das Verhältnis der Werte von Maximum 10 und Minimum 12 besitzt bei der Ausrückkraftkennlinie 9 einen Wert von 3. Die gestrichelte Ausrückkraftkennlinie zeigt die Kennlinie im Verschleißzustand, während die durchgezogene Ausrückkraftkennlinie 9 für den Neuzustand der Tellerfeder steht.
3 zeigt eine Ausrückkraftkennlinie 16 für eine erfindungsgemäße Druckplattenanordnung. Bei dieser sind der Unterschied zwischen Maximum 18 und Minimum 20 sehr viel geringer, dadurch ist das Verhältnis kleiner als 2. Bei der Ausgestaltung nach 3 ist das Verhältnis auch kleiner als 1,5.
Die Ausrückkraftkennlinie 22, die gestrichelt dargestellt ist, zeigt die Ausrückkraftkennlinie für den Verschleißzustand, während die Ausrückkraftkennlinie 16 die Ausrückkraftkennlinie im Neuzustand darstellt. Man erkennt, dass wie auch bei der Druckplattenanordnung nach dem Stand der Technik das Verhältnis mit zunehmendem Verschleiß zunimmt. Es sei daher an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass, unabhängig von 3, die Ausführungen über das Verhältnis der Druckplattenanordnung sich auf den Neuzustand beziehen, da Aussagen über die Entwicklung, also die genaue Vergrößerung des Verhältnisses mit zunehmenden Verschleiß, von vielen Faktoren abhängig sind und daher nicht genau festlegbar sind.
Die 4 und 5 zeigt einen Halbschnitt durch eine Tellerfeder 24, bei der das gewünschte Verhältnis im Neuzustand erreicht wird. Die Tellerfeder 24 weist als Bezugsgrößen den Außendurchmesser d_a , den Innendurchmesser d_i , den Winkel zwischen Tellerfederquerschnitt und horizontaler Ebene φ und mit t die Dicke der Tellerfeder auf. Dabei gilt der Zusammenhang: $\frac{\frac{d_{a} - d_{i}}{2} sin φ}{t}$
Für einen Außendurchmesser d_a von 220 Millimetern, einen Innendurchmesser d_i von 177 Millimetern, einen Winkel φ von 12 Grad 19' eine Dicke t von 2,93 Millimetern ergibt sich ein Wert von 1,638. Die Größen sind so zu wählen, dass der Quotient zwischen 1,55 und 1,7 liegt.
6 zeigt ein Kupplungsaktuator 26, bei dem ein Elektromotor 28 ein Aktuatorgetriebe 30 antreibt. Der Elektromotor 28 treibt ein Zahnradsegment 32 an, an dem auch eine Kompensationsfederanordnung 34 angreift. Die Kompensationsfederanordnung umfasst bei der in 6 gezeigten Ausgestaltung lediglich eine einzige Kompensationsfeder 36, es können aber auch mehr Kompensationsfedern verwendet werden. Die Kompensationsfederanordnung 34 muss dabei nicht direkt am Zahnradsegment 32 angreifen, sie kann vielmehr auch an einem Summierglied angreifen, an dem ebenfalls das Zahnradsegment 32 angreift. Die Kompensationsfederanordnung 34 greift dabei nicht direkt im Drehpunkt des Zahnradsegmentes 32 an, vielmehr besitzt sie einen exzentrischen Angriffspunkt, wodurch bei einer Verdrehung des Zahnradsegmentes die von der Kompensationsfeder 36 erzeugte Kraft variiert, da der Hebelarm sich mit der Drehung des Zahnradsegmentes 32 sich ändert. Der Winkel 38 ist dabei derjenige Winkel, um den die Kompensationsfederanordnung 34 vom Übertodpunkt abweicht. Dieser Winkel vergrößert sich mit zunehmender Drehung des Zahnradsegmentes.
Am Ausgang 40 des Aktuatorgetriebes 30 gibt ein Stößel 42 das erzeugte Drehmoment auf einen Geberzylinder 44. Nach dem Ausgang 40 wird dementsprechend das erzeugte Drehmoment nicht weiter gewandelt.
7 zeigt Ausrückkraftkennlinien 46 und 48 am Ausgang des Kupplungsaktuators 26. Diese Linien sind im Vergleich zu den 2 und 3 invertiert dargestellt, das heißt dass der Wertebereich an und für sich in die negative Richtung verläuft verglichen zu den 2 und 3. Die Linie 46 zeigt dabei die Kennlinie bei Verschleiß und die Linie 48 die Kennlinie im Neuzustand. Auch die Ausrückkraftkennlinie 46 und 48 weisen ein Verhältnis von einem Maximum 50 zu einem Minimum 52. Auch die Betätigungskraftkennlinie des Kupplungsaktuators 26 weist damit Verhältnis von kleiner als 2 auf.
8 zeigt eine Kupplungsanordnung 54 umfassend den Kupplungsaktuator 26, der hier rein schematisch dargestellt ist, den Geberzylinder 44, einen Nehmerzylinder 56 sowie einer Druckplattenanordnung 58. Die Druckplattenanordnung umfasst dabei neben der bereits gezeigten Membranfeder 24 auch eine Anpressplatte 60, ein Gehäuse 62 und einen Sicherungsring 64, der über Distanzbolzen 66 mit dem Gehäuse verbunden ist. Dabei sind der Kupplungsaktuator 26 und die Druckplattenanordnung 58 insoweit aufeinander abgestimmt, als das die Betätigungskraftkennlinie 48 des Kupplungsaktuators 26 und die Betätigungskraftkennlinie 16 der Druckplattenanordnung 58 ein Verhältnis von kleiner als zwei aufweisen. Selbstverständlich kann das Verhältnis auch einen der in der Beschreibung genannten kleineren Werte umfassen. Dadurch können mehrere Komponenten des Kupplungsaktuators 26 kostengünstiger ausgelegt werden und die Lebensdauer des Kupplungsaktuators 26 gleichzeitig verlängert werden. Auch die Druckplattenanordnung 58 wird kostengünstiger herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebseinheit
3: Kupplungsanordnung
4: Getriebe
5: Kupplungsaktuator
6: Getriebeaktuator
7: Achse
8: Achse
9: Ausrückkraftkennlinie
10: Maximum
12: Minimum
14: Ausrückkraftkennlinie
16: Ausrückkraftkennlinie
18: Maximum
20: Minimum
22: Ausrückkraftkennlinie
24: Tellerfeder
26: Kupplungsaktuator
28: Elektromotor
30: Aktuatorgetriebe
32: Zahnradsegment
34: Kompensationsfederanordnung
36: Kompensationsfeder
38: Winkel
40: Ausgang
42: Stößel
44: Geberzylinder
46: Ausrückkraftkennlinie
48: Ausrückkraftkennlinie
50: Minimum
52: Maximum
54: Kupplungsanordnung
56: Nehmerzylinder
58: Druckplattenanordnung
60: Anpressplatte
62: Gehäuse
64: Sicherungsring
66: Distanzbolzen

Claims

Druckplattenanordnung (58) für eine Kraftfahrzeugkupplung (3) mit einer Anpressplatte (60) und einer Tellerfeder (24), wobei die Betätigungskraftkennlinie (16, 22) mit zunehmendem Betätigungsweg ein Maximum (18) und ein Minimum (20) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Maximum zu Minimum kleiner als zwei ist.
Druckplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis kleiner als 1,8 ist.
Druckplattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis kleiner als Sqrt(3) ist.
Druckplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis kleiner als Sqrt(2) ist.
Druckplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskraftkennlinie eine Ausrückkraftkennlinie (16, 22) ist und der Betätigungsweg ein Ausrückweg.
Druckplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattenanordnung (58) ein Gehäuse (62) aufweist.
Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Druckplattenanordnung (58) und einem Kupplungsaktuator (26) zum Betätigen der Kupplungsanordnung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattenanordnung (58) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktuator (26) einen Elektromotor (28) aufweist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktuator eine Kompensationsfederanordnung aufweist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktuator (26) ein ausschließlich mechanisches Aktuatorgetriebe (30) aufweist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Druckplattenanordnung (58) und/oder einer Kupplungsanordnung (54), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattenanordnung (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder die Kupplungsanordnung (54) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 ausgebildet ist.